¿Qué es una sonda lambda? ¿Cómo regula el sensor de oxígeno el funcionamiento del motor de combustión interna?

Los automóviles de hoy en día están literalmente repletos de todo tipo de sensores que controlan la presión de los neumáticos y los frenos, la temperatura del anticongelante y del aceite en el sistema de lubricación, el nivel de combustible, la velocidad de las ruedas, el ángulo de dirección y mucho más. Se utilizan varios sensores para regular los modos de funcionamiento del motor de combustión interna. Entre ellos se encuentra un dispositivo con el misterioso nombre de sonda lambda, que se analizará en este artículo.

La letra griega lambda (λ) denota un coeficiente que caracteriza la desviación de la composición de la mezcla aire-combustible suministrada a los cilindros del motor de combustión interna de la óptima. Tenga en cuenta que en la literatura técnica en idioma ruso para este coeficiente, a menudo se usa otra letra griega: alfa (α).

La máxima eficiencia del motor de combustión interna se logra en una cierta proporción de volúmenes de aire y combustible que ingresan a los cilindros. En tal mezcla de aire, exactamente tanto como se necesita para la combustión completa del combustible. Ni mas ni menos. Esta relación de aire y combustible se llama estequiométrica. 

Para unidades de potencia que funcionan con gasolina, la relación estequiométrica es 14,7, para unidades diesel - 14,6, para gas licuado (mezcla de propano-butano) - 15,5, para gas comprimido (metano) - 17,2.

Para una mezcla estequiométrica, λ = 1. Si λ es mayor que 1, entonces hay más aire del requerido, entonces hablan de una mezcla pobre. Si λ es menor que 1, se dice que la mezcla está enriquecida.

Una mezcla pobre reducirá la potencia del motor de combustión interna y empeorará la economía de combustible. Y en cierta proporción, el motor de combustión interna simplemente se detendrá.

En el caso de funcionamiento con una mezcla enriquecida, la potencia aumentará. El precio de tal poder es una gran pérdida de combustible. Un aumento adicional en la proporción de combustible en la mezcla provocará problemas de encendido y un funcionamiento inestable de la unidad. La falta de oxígeno no permitirá que el combustible se queme por completo, lo que aumentará drásticamente la concentración de sustancias nocivas en el escape. La gasolina se quemará parcialmente en el sistema de escape, causando un defecto en el silenciador y el catalizador. Esto se indicará con estallidos y humo oscuro del tubo de escape. Si aparecen estos síntomas, primero se debe diagnosticar el filtro de aire. Quizás simplemente esté obstruido y no permita que entre aire en el motor de combustión interna.

La unidad de control del motor supervisa constantemente la composición de la mezcla en los cilindros y regula la cantidad de combustible inyectado, manteniendo dinámicamente el valor del coeficiente λ lo más cerca posible de 1. Es cierto que, en la posibilidad, generalmente se usa una mezcla ligeramente pobre, en la que λ = 1,03... Este es el modo más económico, además, minimiza las emisiones nocivas, ya que la presencia de una pequeña cantidad de oxígeno permite quemar monóxido de carbono e hidrocarburos en el convertidor catalítico.

La sonda lambda es precisamente el dispositivo que monitorea la composición de la mezcla aire-combustible, dando la señal correspondiente a la ECU del motor. 



Suele instalarse en la entrada del convertidor catalítico y reacciona ante la presencia de oxígeno en los gases de escape. Por lo tanto, la sonda lambda también se denomina sensor de oxígeno residual o simplemente sensor de oxígeno. 

El sensor se basa en un elemento cerámico (1) hecho de dióxido de circonio con la adición de óxido de itrio, que actúa como un electrolito en estado sólido. El revestimiento de platino forma electrodos: externo (2) e interno (3). De los contactos (5 y 4), se elimina el voltaje, que se suministra a través de los cables a la computadora.



El electrodo exterior se sopla con gases de escape calientes que pasan a través del tubo de escape, y el electrodo interior está en contacto con el aire atmosférico. La diferencia en la cantidad de oxígeno en el electrodo externo e interno hace que aparezca un voltaje en los contactos de señal de la sonda y la reacción correspondiente de la ECU.

En ausencia de oxígeno en el electrodo exterior del sensor, la centralita recibe en su entrada una tensión de unos 0,9 V. En consecuencia, el calculador reduce la alimentación de combustible a los inyectores, empobreciendo la mezcla, y aparece oxígeno en el electrodo exterior de la sonda lambda. Esto da como resultado una disminución en el voltaje de salida generado por el sensor de oxígeno. 

Si la cantidad de oxígeno que pasa a través del electrodo externo aumenta hasta cierto valor, entonces el voltaje en la salida del sensor cae a aproximadamente 0,1 V. La ECU percibe esto como una mezcla pobre y lo corrige aumentando la inyección de combustible. 

Por lo tanto, la composición de la mezcla se controla dinámicamente y el valor del coeficiente λ fluctúa constantemente alrededor de 1. Si conecta el osciloscopio a los contactos de una sonda lambda que funcione correctamente, veremos una señal cercana a una sinusoide pura. 

Es posible una corrección más precisa con menos fluctuaciones en lambda si se instala un sensor de oxígeno adicional en la salida del convertidor catalítico. Al mismo tiempo, se controla el funcionamiento del catalizador.

1. colector de admisión;
2. HIELO;
3. ECU;
4. inyectores de combustible;
5. sensor de oxígeno principal;
6. sensor de oxígeno adicional;
7. conversor catalítico.

El electrolito de estado sólido adquiere conductividad solo cuando se calienta a unos 300...400 °C. Esto significa que la sonda lambda permanece inactiva durante algún tiempo después del arranque del motor de combustión interna, hasta que los gases de escape la calientan lo suficiente. En este caso, la mezcla se regula sobre la base de señales de otros sensores y datos de fábrica en la memoria de la computadora. Para acelerar la inclusión del sensor de oxígeno en funcionamiento, a menudo se le suministra calefacción eléctrica incrustando un elemento calefactor dentro de la cerámica.

cada sensor tarde o temprano comienza a actuar y requiere reparación o reemplazo. La sonda lambda no es una excepción. En condiciones reales de Ucrania, funciona correctamente durante un promedio de 60 ... 100 mil kilómetros. Varias razones pueden acortar su vida.

1. Combustible de mala calidad y aditivos cuestionables. Las impurezas pueden contaminar los elementos sensibles del sensor. 
2. Contaminación con aceite que ingresa a los gases de escape debido a problemas en el grupo de pistones.
3. La sonda lambda está diseñada para funcionar a altas temperaturas, pero solo hasta cierto límite (alrededor de 900 ... 1000 ° C). El sobrecalentamiento debido a un funcionamiento incorrecto del motor de combustión interna o del sistema de encendido puede dañar el sensor de oxígeno.
4. Problemas eléctricos: oxidación de contactos, cables abiertos o en cortocircuito, etc.
5. Defectos mecánicos.

Excepto en el caso de defectos por impacto, el sensor de oxígeno residual generalmente se apaga lentamente y los signos de falla aparecen gradualmente, volviéndose más pronunciados con el tiempo. Los síntomas de una sonda lambda defectuosa son los siguientes:

• Mayor consumo de combustible.
• Disminución de la potencia del motor.
• Deterioro de la dinámica.
• Sacudidas durante el movimiento del coche.
• Velocidad de ralentí flotante.
• Aumento de la toxicidad del escape. Se determina principalmente con la ayuda de diagnósticos apropiados, que se manifiesta con menos frecuencia por un olor acre o humo negro.
• Sobrecalentamiento del convertidor catalítico.

Debe tenerse en cuenta que estos síntomas no siempre están asociados con un mal funcionamiento del sensor de oxígeno, por lo tanto, se requieren diagnósticos adicionales para determinar la causa exacta del problema. 

puede diagnosticar la integridad del cableado marcando con un multímetro. También debe asegurarse de que no haya un cortocircuito entre los cables y la carcasa. 

diagnosticar la resistencia del elemento calefactor, debe ser de aproximadamente 5 ... 15 ohmios. 

El voltaje de suministro del calentador debe estar cerca del voltaje de la fuente de alimentación a bordo. 

Es muy posible solucionar los problemas asociados con los cables o la falta de contacto en el conector, pero en general, el sensor de oxígeno no se puede reparar.

Limpiar el sensor de la contaminación es muy problemático y, en muchos casos, es simplemente imposible. Especialmente cuando se trata de una capa plateada brillante causada por la presencia de plomo en la gasolina. El uso de materiales abrasivos y agentes de limpieza acabará con el dispositivo de forma completa e irrevocable. Muchas sustancias químicamente activas también pueden dañarlo.

Las recomendaciones que se encuentran en la red para la limpieza de la sonda lambda con ácido fosfórico dan el efecto deseado en un caso de cada cien. Quienes lo deseen pueden probar.

Desactivar una sonda lambda defectuosa cambiará el sistema de inyección de combustible al modo promedio de fábrica registrado en la memoria de la ECU. Puede resultar lejos de ser óptimo, por lo que el que falla debe ser reemplazado por uno nuevo lo antes posible.

Desenroscar el sensor requiere cuidado para no dañar las roscas en el tubo de escape. Antes de instalar un nuevo dispositivo, las roscas deben limpiarse y lubricarse con grasa térmica o grasa de grafito (asegúrese de que no entre en contacto con el elemento sensible del sensor). Atornille la sonda lambda con una llave dinamométrica al par correcto.

No utilice silicona u otros selladores al montar el sensor de oxígeno. 

El cumplimiento de determinadas condiciones permitirá que la sonda lambda se mantenga en buen estado durante más tiempo.

• Repostar con combustible de calidad.
• Evite los aditivos de combustible cuestionables.
• Controle la temperatura del sistema de escape, no permita que se sobrecaliente
• Evite múltiples arranques del motor de combustión interna en un corto período de tiempo.
• No utilice abrasivos ni productos químicos para limpiar las puntas del sensor de oxígeno.